Detection of positive selection in reproductive genes of songbirds

Abstract

Reproductive genes are assumed to play an important role in adaptive evolution and speciation, yet little is known about the patterns of molecular evolution in these genes within avian species. This thesis is focused on identifying reproductive genes under positive selection and analyzing their function in songbirds, the largest and most diverse suborder of modern birds. Using existing bioinformatic approaches and published genomic data of 14 songbird species, we have first constructed 12000 groups of orthologous genes and detected significant traces of recurrent positive selection within 385 of them. Using proteomic data, this genome wide set of genes was then filtered to obtain genes expressed within songbird spermatozoa and fluids from the female reproductive tract. Within spermatozoa 22 out of 940 expressed genes were positively selected, while female fluids were found to be more conserved, as only 6 out of 529 expressed genes have shown traces of positive selection. We have then computed the enrichment of gene ontology terms within the positively selected genes. The enriched terms suggest evolutionary pres- sures acting on spermatozoa cytoskeleton, molecular motors and energetic metabolism, highlighting the importance of sperm morphology and swimming speed. Furthermore, the enrichment results...

Předpokládá se, že geny ovlivňující reprodukci hrají důležitou roli jak v adaptivní evoluci, tak ve speciaci. U ptáků však zatím neexistuje mnoho informací o molekulární evoluci těchto genů. Tato práce se zabývá identifikací reprodukčních genů podléhajících pozitivní selekci v genomech pěvců a analýzou jejich funkcí. Ze 14 pub- likovaných genomů jsme nejdříve sestavili 12000 skupin ortologních genů a v 385 z nich existujícími metodami detekovali stopy dlouhodobé pozitivní selekce. Díky publikovaným proteomickým datům jsme celogenomový soubor genů mohli zúžit na geny exprimované ve spermiích a v tekutinách ze samičího pohlavního traktu. Ve spermiích pozitivní selekce působila na 22 z 940 exprimovaných genů, zatímco v samičích tekutínách jen na 6 z 529, což poukazuje na konzervativnější chování proteinů v samičích tekutinách. Následně jsme detekovali nadměrné zastoupení jednotlivých funkcí proteinů tak, jak jsou popsané v gene ontology. U spermií naše výsledky poukázaly na evoluční tlak působící zejména na je- jich cytoskelet, molekulární motory a energetický metabolismus, což naznačuje důležitost morfologie spermií a rychlosti jejich pohybu. Napříč celým genomem pak výsledky nejen potvrzovaly výsledky získané u spermií, ale též poukazovaly na pozitivní selekci procesů spjatých s mitózou a meiózou....